USPTO Patents Application 10759155

REPUBLIQUE FRANQAISE

IN8TITUT
NATIONAL DE
LA PROPRIETE
I N DUSTR I ELLE

BREVET D' INVENTION

CERTIFICAT D'UTIUTE - CERTBFDCAT D'ABDITION

COPIE ©FFDQEllE

Le Directeur general de I'lnstitut national de la propriete
industrielle certifie que le document ci-annexe est la copie
certifiee conforme d'une demande de titre de propriete
industrielle deposee a I'lnstitut.

Fait a Paris, le - _ _ _ 4 5 DEC. 2003 - - -

Pour le Directeur general de I'lnstitut
national de la propriete industrielle
Le Chef du Departement des brevets

Martine PLANCHE

INDUSTRIELLE www.tnpi.fr

DB 267/141102

ETABLISSEMENT PUBLIC NATIONAL

CREE PAR LA LOI N° 51-444 DU 19 AVRIL 1951

i

THIS PAGE BLANK (uspto)

1er depot

26 bis, rue de Saint Petersbourg
75800 Paris Cedex 08

Telephone : 01 53 04 53 04 Telecopie : 01 42 94 86 54

Reserve a 1'!NPI>

BKEWET D'liWEMTION
CERTIFICAT D'UTILITfe nmiwoi

Codo de la propriete intellectuello - Livre VI

REQUETE EW DflJVRANCE 1/2

Cet imprime est a remplir fjsjbigment a Tencre noire pesAow/gscaaa

REMISE QES PIECES

L1EU 21 JAN 2003 /
75 INPI PARIS

N" D'ENREGISTREMENT
NATIONAL ATTRIBUE PAR L'INPl

DArt DE DEPOT ATTRIBUTE
PAR L'INPI

0300600

2 1 JAN. 2003

Vos references pour ce dossier

(Jacultatif) 1 048 1 2/SM/SSPD/TPM

ajNOM ET ADRESSE DU DEMANDEUR OU DU MANDATAIRE
A QUI LA CORRESPONDANCE DOIT ETRE ADRESSEE

COMPAGNIE FINANCIERE ALCATEL
Departement PI
Bradford Lee SMITH
5, rue Noel Pons
92734 Nanterre Cedex

Confirmation d'nn depdt par telecopie HI N° attribue par TINP1 a la telecopie
H] NATURE DE LA DERflAWDE

TITRE DE L'INVENTION (200 caracteros ou espace* maximum)

PROCEDE DE DETECTION D'UN SIGNAL LUMINEUX, ET CHAINE LIDAR

DECLARATION DE PRIORITE
OU REQUETE DO BEMEFBCE DE
LA DATE DE DEPOT D'UNE
DEMANDE AMrtRIEURE FRANpAASE

DEM AMD EUR

Pays ou organisation
Date I L L

Pays ou organisation
Date I L L_

Pays ou organisation
Date | / /

N°
N°

□ y a d'autras priiorites, cochez da case eft utSKsez nmprlme «Suite»

I | SMI y a d'autres demandeurs, cochez la case eft utiDisez rimprim£ «Sutte»

Nom ou denomination sociale

ALCATEL

Prenoms

Forme juridique

Societe Anonyme

N° SIREN

5 4 2 O 1 9 0 9 61

Code APE-NAF

_L

Adresse

Rue

54, rue La Boetie

Code postal et ville

75008 1 PARIS

Pays

FRANCE

Nationality

Frangaise

N° de telephone (Jacultatif)

N° de telecopie (Jacultatif)

Adresse electronique (Jacultatif)

ler depot BREVET D'INVENTION &

II^Pl CERTIF1CAT DUT1L1TE

- REQUETE EN DELWRANCE 2/2

06 540 W / 260893

Etablissement imm§diat
ou etablissement differe

Paiement echelonne de la redevance

REDUCTION DU TAUX
DES REDEVANCES

JT Non Dans ce cas fournir une designation d'inventeur(s} separee

Uniquement pour une demand* de brevet (y compris division et transformation)

□

Patement en trois versements, uniquement pour les personnes physiques

□Our
gCjNon

Uniquement pour les personnes physiques

□Requise pour la premiere fois pour cette invention (johuhv un am de mm-imposilum)
□Requise anterieureroent a ce depot QaMn mu copie de In decision Emission
pour cclte invention ou indiquer sa rij'ire nce) :

Si vous awez utilise I'imprime «Suite» :
indiquez le nombre de pages jointes

Bradford Lee SMITH / LC 40 B

EE SIGNATURE dOOO&XfiftJfeKdC
X>MDU MANDATAIRE
(N m et qualite du signataire)

La loi n°78-17 du 6 Janvier 1978 relative a I'informatique, aux fichiers et aux libertes s'applique ^ux reponses fartes a ce formulaire.
Elle garantit un droit d'acces et de rectification pour les donnees vous concernant aupres de 1 1NPI.

VISA DE LA PREFECTURE
OU DE L'INPI

1er depot

l

PROCEDE DE DETECTION D ■ UN SIGNAL LUMINEUX, ET CHAINE

LIDAR

DESCRIPTION

Le sujet de cette invention est un procede
de detection d 1 un signal lumineux, ainsi qu'une chaine
lidar correspondante .

Les chaines de detection a lidar
comprennent essent iellement , synchronises, un moyen tel
qu'un laser d r emission d'un signal lumineux vers .un
objet a etudier et un dispositif de reception d'un
signal renvoye par l f objet par diffusion ou reflexion.
L 1 exploitation du signal renvoye permet de deduire
certaines caracteristiques de 1' objet. Le probleme
aborde ici est la fourniture d'un signal d'intensite
suffisante pour etre lu par les moyens d T exploitat i;©h . ■
Dans certaines chaines de detection connues a lidar, on
utilise un procede de comptage dans lequel les photons
sont individuellernent convertis en electrons dans un
detecteur, avec un facteur de multiplication connu et
suffisant pour distinguer le signal du bruit de fond de
la chaine. Ce procede est cependant limite a des
signaux tres faibles. Un autre procede consiste a faire
passer par un amplif icateur de courant precedant les
moyens d ' exploitat ion le signal provenant de la
conversion des photons en charges electriques. Comme le
bruit de fond de la chaine subit la meme amplification,
ce procede n'est convenable que pour des valeurs
elevees de signal. Dans la pratique, plusieurs chaines
de detection dont les calibrations sont dif ferentes

1er depot

2

doivent etre utilisees quand les valeurs successives
echantillonnees du 'signal prennent des intensites
differentes.

Les brevets EP 0 905 284 et 1 111 908 font
apparaltre un capteur photosensible a couplage et
accumulation de charges, dit CCD et qui comprend un
reseau de cellules rangees en lignes et en colonnes. Le
•signal lumineux est d'abord recueilli sur une zone
d 1 image et converti en charges electriques qu'on
deplace per iodiquement a travers une zone de memoire
avant qu'elles n'arrivent a un dispositif de lecture.

Ce capteur presente 1' interet de se preter a un
• echantillonnage commode du signal sur les lignes de
memoire ; mais il ne resout pas le probleme de depasser
le bruit de lecture pour des echantillons d' intensites
faibles. Dans ces brevets, on procede, outre a une
integration des charges sur la derniere ligne de la
zone d' image, a une integration d ' echant i 1 Ions
correspondants de tirs successifs dans la zone de
memoire avant de proceder a la lecture. On ne'peut done
plus exploiter un tir particulier et une bonne
synchronisation des tirs est requise. Si une partie du
signal est biaisee, 1* ensemble des echantillons est
affecte par l'erreur et perdu. Des saturations de
cellules sont aussi a craindre pour les 'echantillons.

eleves qu'on accumule.

L' invention concerne une amelioration des
chaines lidar en recourant a des capteurs
• • photosensibles CCD qui se distinguent de ceux qu'on
connait dans cette application en ce qu'ils amplifient

1er depot

3

le signal dans des conditions a la fois sures et moins
contraignantes qu ' en accumulant plusieurs tirs.

L r amplification du signal a lieu dans la
zone de lecture au lieu de la zone de memoire, et par
un procede de multiplication des charges qui per met de
considerer les resultats individuels des tirs.

Un aspect de I 1 invention est ainsi une
chaine de detection lidar comprenant un dispositif
d' emission d'un signal lumineux, un dispositif de
transmission d'une portion renvoyee du signal lumineux
vers un capteur qui la convertit en un signal
electrique, dans laquelle le capteur est compose ' de
cellules reparties en lignes et en colonnes et comprend
successivement une zone d 1 image comprenant au moins une
des lignes de cellules et sur laquelle ladite portion
du signal lumineux est focalisee, une zone de memoire
comprenant une pluralite des lignes des cellules et u>ne
zone de lecture comprenant une ligne de cellules ; lies
cellules de la zone d r image etant photosensibles et
convertissant ladite portion renvoyee du signal
lumineux en charges electriques, et les cellules de la
zone de memoire n'etant pas photosensibles ; et des
moyens de cadencement pour deplacer les charges
electriques le long des colonnes, de la zone d' image a
la zone de memoire puis a la zone de lecture et vers un
dispositif d r exploitation ; les cellules de la zone de
lecture etant multiplicat rices des charges electriques.

Aucun amplif icateur autre n'est necessaire
dans la chaine. Un autre aspect de 1' invention est un
procede de detection d'un signal lumineux, comprenant
une conversion continuelle du signal lumineux en

1 er depot

charges electriques dans une portion receptrice d 1 un
capteur, des echantillonnages periodiques du signal en
prelevant ies charges accumulees dans la portion
receptrice pour en former" des echantillons du signal,
et des deplacements des echantillons en chaine de la
zone d' image, a travers une memoire puis vers un
dispositif d' exploitation, dans lequel les echantillons
subissent une amplification par multiplication des
charges electriques dans le capteur juste avant d'etre
. deplaces vers le dispositif d ' exploitation mais restent
inchanges dans la memoire.

L ! invention sera maintenant decrite au
moyen des figures suivantes :

- la figure 1 est une vue generale d'un
dispositif de detection lidar equipe de l f invention,

- et la figure 2 est une illustration du
capteur CCD utilise dans 1' invention.

Le dispositif de detection lidar illustre a
la figure 1 comprend un moyen d 1 illumination consistant
en un laser 1 emettant son rayon vers . l'objet (non
represents mais pouvant etre un nuage ou un panache de
gaz d'apres des applications frequentes) a etudier. Le
rayonnement reflechi ou diffuse par i'objet est
reccueilli par un dispositif de transmission, et
• d'abord par une optique de reception 2. II peut
recevoir un premier traitement par un interf erometre 3.
Le signal lumineux passe ensuite par une fibre optique
4 et une lentille cylindrique 5 avant d'arriver au
capteur 6 qui le ■ convertit en signal electrique
echantillonne . Un moyen de cadencement 7 commande a la
fois les tirs du laser 1 et le service du capteur 6. Un

1er depot

5

rnoyen d'exploitation 8 lit le signal electrique traite
par le capteur 6.

Le capteur 6 est illustre a la figure 2. II
comprend une zone d' image 9, une zone de memoire 10 et
une zone de lecture 11 qui sont contigues et se
presentent en matrices de cellules 12 dont les natures
sont differentes dans chacune des zones, ou elles
portent done les references 13, 14 et 15. Les cellules
12 sont arrangees en P colonnes s'etendant a travers
les trois zones 9, 10 et 11. La zone de memoire 10
comprend N lignes des cellules 14, la zone de lecture
11 une ligne unique des cellules 15 f et la zone d ' image
9 comprend avantageusement une seule ligne des cellules
13, bien qu 1 on puisse en employer plusieurs par
imitation de capteurs anterieurs afin de capter
simultanement plusieurs sources lumineuses distinctes\

A la reception d'un tir renvoye, le signal
lumineux parvient au capteur 6 sous forme d'une tabhe
s'allongeant en ligne droite grace a la focalisation
particuliere (allongement dans le sens des lignes et
contraction dans le sens des colonnes) operee par la
lentilie 5. Cette ligne a une largeur avantageusement
inferieure a celles des cellules 13, pour etre regue
sur la ligne unique de celles-ci dans la zone d ' image
9. L'extension laterale de la tache lumineuse est faite
sur un nombre de colonnes suffisant pour eviter de
risquer de saturer 1 ' une ou l 1 autre des cellules 13. On
a ici represents plusieurs taches lumineuses voisines,
le capteur 6 pouvant etre affecte au recueil et au
traitement simultanees de differents signaux lumineux
provenant de canaux respectifs et delivres par des

1 er depot

6

fibres optiques paralleles, ainsi qu'il est: courant
pour des analyses a des longueurs d'onde differentes.

Les cellules 13 sont des cellules
photosensibles qui convertissent les photons en charges
electriques et les laissent s'accumuler. II est inutile
de proceder a une accumulation supplementaire des
charges le long de colonnes si la zone d' image 9
comporte plusieurs lignes, ce qui est connu dans l'art
pour elever les valeurs echantillonnees .

Periodiquement, les mo yen's de cadencement 7 commandent
le capteur 6. Les contenus des cellules 12 sont alors
preleves et deplaces a la ligne de cellules 12
immediatement inferieure. Les charges accumulees sont
done transferees des cellules 13 de la zone d' image 9
dans la ligne superieure de la zone de memoire 10 dans
les lignes suivantes de la zone de memoire 10 et
remplacees par les charges accumulees ensuite dans la
zone d f image 9. En repetant ce procede, on emmagasine
un echantillonnage du signal renvoye dans la zone de
memoire 10, les lignes inferieures correspondant a des
instants d ' echantillonnage anterieurs. Les cellules 14
de la zone de memoire 10 sont congues pour permettre
ces transferts mais ne sont pas photosensibles. En
pratique, elles peuvent etre de meme composition que la
cellule 13 mais rnasquees par un revetement opaque.

Quand le signal a ete echantillonne, sa
lecture peut etre entreprise en continuant les
transferts des charges vers le has des colonnes des
cellules 12, jusqu'a ce qu* elles parviennent aux
cellules 15 de la zone de lecture 11. Elles subissent
la une multiplication redevable a une augmentation de

1 er depot

7

leur tension cie commande, a 50V au lieu de 5V par
exemple, qui les amplifie. Le bruit qui est amplifie
egalement est celui cles cellules 12, qui est faible.
Les echantillons du signal dans la zone de lecture 11
restent ainsi representat i f s du signal lumineux
renvoye, et il n'est plus besoin de proceder a des
accumulations d 1 echantillons sur des tirs repetes pour
pallier un faible niveau du signal. Si au contraire le
signal est eleve, la saturation des cellules 14 de la
zone de memoire 10 est evitee. II est encore possible
de regler le taux de multiplication des charges dans la
zone de lecture 11 en agissant sur le moyen de reglage
16 de la tension de commande de leurs cellules 15.

Enfin, les charges mult ipliees sont videes
cellule par cellule en etant fournies au moyen
d 1 exploitation 8 qui les numerise.

1 er depot

8

RE VEND I CAT IONS

1) Chaine de detection lidar comprenant un
dispositif d'emission (1) d'un signal lumineux, un
dispositif de transmission d'une portion renvoyee du
signal lumineux vers un capteur (6) qui la convertit en
un signal electrique, dans laquelle le capteur est
compose de cellules (12) reparties en lignes et en
coionnes et comprend successivement une zone d' image
(9) comprenant au moins une des lignes de cellules et
sur laquelle ladite portion du signal lumineux est
focalisee, une zone de memoire (10) comprenant une
piuralite des lignes des cellules et une zone de
lecture (11) comprenant une ligne de cellules ; les
cellules de la zone d 1 image etant photosensibles et
convertissant ladite portion renvoyee du signal
lumineux en charges electriques, et les cellules de la
zone de memoire n' etant pas photosensibles ; et des
moyens de cadencement (7) pour deplacer les charges
electriques le long des coionnes, de la zone d* image a
la zone de memoire puis a la zone de lecture et vers un
dispositif d' exploitation (8) ; les cellules de la zone
de lecture etant mult iplicatrices des charges
electriques .

2) Chaine de detection lidar selon la
revendication 1, dans laquelle la zone de memoire
comprend une ligne unique des cellules et le dispositif
cle transmission comprend une lentille de focalisation
(5) de ladite portion renvoyee du signal lumineux en la
contractant en direction des coionnes et en la dilatant
en direction des lignes .

1er depot

9

3) Chalne de detection lidar selon l'une
quelconque des revendicat ions 1 ou 2, comprenant un
moyen de reglage (16) de la tension de comrnande des
cellules de la zone de lecture.

4) Procede de detection d 1 un signal
lumineux, comprenant une conversion continuelle du
signal lumineux en charges electriques dans une portion
receptrice (9) d 1 un capteur (6), des echant illonnages
periodiques du signal en prelevant les charges
accumulees dans la portion receptrice pour en former
des echantillons du signal, et des displacements des
echantillons en chaine a travers une memoire puis vers
un dispositif d ' exploitation (8), dans lequel les
echantillons subissent une amplification dans le
capteur par multiplication des charges electriques
juste ' avant d'etre deplaces vers le dispositif
d ' exploitation mais restent inchanges dans la memoire:

SP. 22283

1er depot

2/2

13 (12)

FIG. 2

recue le 05/08/03

BREVET DiNVENTION

CERT1FICAT DUT1UTE

Code de la propriety intellectuelle - Uvre VI

N° 11235*02

OEPARTEMENT DES BREVETS

26 bis. rue de Saint Petecsbourg
75800 Paris Cedex 08

Telephone : 01 53 04 53 04 Telecopie : 01 42 93 59 30

I Vos references pour ce dossier

] (Jaailtatif)

DESIGNATION DMNVENTEUR{S) Page N* .1 . / .

(Si le demandeur n'est pas Hnventeur ou i'unique inventeur)

Get imprime est a remplir lisiblement a 1'encre noire
104812/SM/SSPD/TPM

LE(S) DEMANDEUR(S) :

Societe anonyme ALCATEL

PAIN

Nom

Prenoms

I Thierry

C/o ALCATELSPACE INDUSTRIES
100, BOULEVARD DU MIDI

06iMZlSNNESTA^CCACEr^^
KRAWCZYK

j Prenoms

RESIDENCEDU PARC DE VAUGRENIER - BAT. C

261 AVF^"!F ni J LOGIS DE BONNEA U

06270 [ynTg NfllVE LOUBET, FRAN CE,

Adresse

Rue

Code postal et vide

Societe d'appartenance (facullalif)

Nom

Prenoms

Adresse

Rue

Code postal et ville

17 janvier 2003
Bradford Lee SMITH

Societe d'a ppartenaoce (JacultuiiJ)

DATE ET SIGNATURE(S)
OU (OES) DEMANDEUR(S)

jtygm et qualHe du signataire)

La loi n o 78 . 17 du 6 janvier 1978 re.ative a rUbLflque. aux fichiers et aux Ubertes s'applique; aux reponses faites a ce formulae,
□.e garantit un droit d'acces et de rectification pour les donnees vous concernant aupres de . INPL